Definizione di strato lipidico
Uno strato lipidico è una membrana biologica costituita da due strati di molecole lipidiche. Ogni molecola lipidica, o fosfolipide, contiene una testa idrofila e una coda idrofoba. Le regioni di coda, essendo respinte dall’acqua e leggermente attratte l’una dall’altra, si raggruppano. Questo espone le regioni di testa all’esterno, creando una barriera tra due corpi d’acqua. Un bilayer lipidico è la parte fondamentale di tutte le membrane cellulari, tipicamente completato con proteine integrali specie-specifiche e altri aspetti funzionali.
Un bilayer lipidico funziona attraverso le azioni della polarità. L’interno del bilayer lipidico è non polare, mentre le teste sono molecole polari e creano legami a idrogeno con altre molecole polari. Questo significa anche che le molecole polari come l’acqua e gli ioni non possono attraversare facilmente la regione di coda non polare del doppio strato lipidico. Le membrane cellulari della maggior parte degli organismi sono create con il bilayer lipidico, così come la membrana nucleare e le varie membrane degli organelli. Le varie funzioni di queste membrane sono poi specificate con una varietà di proteine che permettono o non permettono a certe sostanze di attraversare la membrana. Così facendo, le cellule e i singoli organelli possono creare un ambiente ideale per le reazioni biochimiche, permettendo loro di rimanere in omeostasi.
Struttura del doppio strato lipidico
Un doppio strato lipidico consiste in due fogli di fosfolipidi anfifilici, come si vede nell’immagine qui sotto. Anfifilico descrive una molecola che è in parte idrofoba e in parte idrofila. Spesso ci sono atomi di fosforo nelle teste delle molecole, che conferiscono polarità alle teste. Le code delle molecole sono non polari e idrofobiche. Nell’immagine qui sotto, le parti polari delle molecole sono segnate in rosso.
Come si vede nell’animazione, le molecole non sono bloccate rigidamente in posizione. In un singolo foglio, le molecole si muovono attivamente intorno e tra di loro. In effetti, un’analogia migliore è quella delle persone stipate in un ascensore. Per lo più stanno ferme, ma possono scivolare l’una sull’altra se qualcuno deve scendere dall’ascensore e si trova in fondo. Mettete insieme due di questi strati e avrete un bilayer lipidico.
Nei sistemi viventi un bilayer lipidico non è mai da solo. È associato a un certo numero di proteine di superficie e integrali, nonché a elementi extracellulari e intracellulari che hanno funzioni specifiche nella cellula. Un modello comprensivo dell’intera membrana cellulare è il modello a mosaico fluido, che presuppone che le proteine all’interno del bilayer lipidico agiscano come iceberg nel mare, alla deriva ma non legati a nulla. Le proprietà specifiche delle proteine e del bilayer lipidico le tengono legate all’interno degli strati, ma non ferme. Questo può essere visto nell’immagine qui sotto.
Funzione del bilayer lipidico
Un bilayer lipidico serve molte funzioni sia negli organismi unicellulari che in quelli multicellulari. Indipendentemente dal fatto che una cellula viva liberamente nell’acqua di uno stagno o sia confinata nel tuo corpo per svolgere una funzione, ha bisogno di mantenere diverse condizioni per le varie reazioni che deve condurre per sopravvivere. In tutte le applicazioni, il bilayer lipidico funge da filtro tra l’interno e l’esterno. Tuttavia, a seconda delle condizioni, le funzioni esatte del bilayer lipidico possono cambiare.
Immaginate due cellule, una nell’oceano e una in uno stagno. L’acqua dello stagno è dolce, mentre l’acqua dell’oceano contiene molti sali disciolti. Nello stagno, l’acqua vorrà spostarsi nella cella più ipertonica, o più salata. Nell’oceano, i sali nell’acqua attireranno l’acqua fuori dalla cella. Queste due diverse situazioni mostrano quanto siano importanti le proteine in un bilayer lipidico. Mentre ogni bilayer ferma gli ioni e rallenta il movimento dell’acqua, può trattenere solo una certa pressione. L’acqua entrerà o uscirà continuamente dalla cellula. Diversi tipi di organismi hanno diverse strategie per gestire la perdita d’acqua, la maggior parte dipende da proteine all’interno del doppio strato lipidico o da strutture di supporto extracellulari (pareti cellulari) per aiutare a mitigare l’acqua e gli ioni in modo appropriato. Le pompe ioniche si basano su fonti di energia cellulare (ad esempio ATP) per spostare attivamente gli ioni indesiderati attraverso un doppio strato lipidico. I canali ionici, invece, rispondono a un segnale (elettrico o chimico) e si aprono di conseguenza. Le acquaporine sono un tipo di canale ionico che permette a grandi quantità di acqua di passare attraverso la membrana al momento opportuno.
Il bilayer lipidico e le sue proteine associate forniscono un’altra funzione alle cellule, nel modo della segnalazione cellulare. Possono essere coinvolti in diversi modi. Nella trasduzione del segnale, un segnale viene fatto passare attraverso il bilayer lipidico usando una serie di proteine integrali e di superficie, creando una reazione all’interno. I bilayer lipidici sono anche direttamente coinvolti nella trasmissione degli impulsi nervosi. Quando un impulso nervoso raggiunge l’estremità di un nervo, chiamata sinapsi, invia un segnale affinché delle vescicole speciali si fondano con il bilayer lipidico della membrana cellulare. Le vescicole, piene di molecole di neurotrasmettitore, rilasciano il loro contenuto al momento della fusione. Questo invia il neurotrasmettitore attraverso la fessura sinaptica, dove la cellula nervosa successiva può riceverlo. Su questa cellula nervosa, il legame del neurotrasmettitore a speciali proteine causa la formazione di un potenziale d’azione elettrico, che si muove come un’onda elettrica lungo il bilayer lipidico.
Un’ulteriore funzione del bilayer lipidico è di rigidità e supporto cellulare. La composizione del bilayer lipidico è tale che a diverse temperature e composizioni, si comporta diversamente. Secondo la specie e l’ambiente in cui vive (caldo, freddo, ecc.), il bilayer lipidico sarà composto da diversi tipi di lipidi. Per esempio, l’uomo produce un lipide chiamato colesterolo, che influenza la rigidità della membrana cellulare. Con più colesterolo tra le altre molecole lipidiche nel bilayer, l’intera struttura diventa più rigida. Questo diventa un problema quando c’è troppo colesterolo, perché le cellule non possono più piegarsi e flettersi come dovrebbero. Negli esseri umani e in altri animali questo porta a lacerazioni nelle pareti delle arterie, che sono sottoposte a un’immensa pressione da parte del cuore. Se queste arterie si lacerano, si può sanguinare internamente.
Infine, in un certo numero di specie il bilayer lipidico è coinvolto nei processi di endocitosi ed esocitosi. Assumere cibo ed espellere sostanze, rispettivamente, sono le semplici definizioni di questi termini. Durante questi eventi, il bilayer lipidico è piegato (o dispiegato) per prendere (o espellere) le sostanze. Mentre ci sono diversi tipi di endocitosi, la fagocitosi è l’atto di avvolgere una preda o un alimento piegando il bilayer lipidico intorno ad esso e formando una vescicola interna in cui l’oggetto può essere digerito. Questo metodo è praticato da un certo numero di specie unicellulari nell’alimentazione.
Quiz
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